La realizzazione della prima batteria agli ioni di litio a forma di sedia a dondolo negli anni Settanta ha aperto la strada all'esplorazione di molti concetti alla base di questo dispositivo, che è stato ottimizzato negli ultimi tre decenni per realizzare una tecnologia chiave, trovando applicazione in vari campi cruciali. La transizione verso l'energia pulita prevede una crescente domanda di batterie nel prossimo futuro, principalmente a causa dell'intermittenza delle fonti energetiche rinnovabili. Sono necessarie batterie innovative che sfruttino concetti che vanno oltre l'intercalazione degli ioni di litio su entrambi gli elettrodi per garantire un'equa distribuzione di energia e potenza, favorendo il basso costo e il moderato impatto ambientale di questi dispositivi. Sono stati sviluppati sistemi di accumulo di energia basati su ioni di litio, ioni di sodio, ioni di litio-zolfo e ioni di litio-O2, perseguendo contemporaneamente proprietà elettrochimiche economiche e adeguate. Sono state seguite ricette nuove e migliorate per ottenere i materiali attivi target.La sintesi prevede l'utilizzo di reattori tubolari a flusso gassoso che utilizzano Ar/H2, aria secca o semplice miscelazione dei componenti in un ambiente privo di solventi. La morfologia e la struttura dei materiali sintetizzati sono state studiate mediante microscopia elettronica e diffrazione di raggi X. I film di elettrodi, processati con solventi organici classici o seguendo un approccio a base acquosa, sono studiati utilizzando voltammetria ciclica, spettroscopia di impedenza elettrochimica e cicli galvanostatici. Gli elettroliti liquidi e polimerici sono caratterizzati in termini di proprietà di trasporto ionico, finestra di stabilità elettrochimica, conduttività ionica ed effetto sui processi di stripping/deposizione ionica.
The realization of the first rocking-chair Li-ion battery in seventies paved the way to the exploration of many concepts behind this device, which has been optimized during the last three decades to realize a key-technology, finding application in various crucial fields. The clean-energy transition foresees a growing demand of batteries in the next-term future, mainly due to the intermittency of renewable energy sources. Novel batteries exploiting concepts beyond Li-ion intercalation at both electrodes are needed to ensure equal energy and power distribution, favoring low cost and moderate environmental impact of these devices. Energy storage systems based on Li-ion, Na-ion, Li-ion-Sulfur, and Li-ion-O2, have been developed pursuing simultaneously low-cost and adequate electrochemical proprieties. New and improved recipes were followed to obtain the target active-materials. Synthesis foresees the use of tubular flowgas reactors using Ar/H2, dry-air, or simple mixing of the components in a solvent-free environment. The morphology and structure of the synthetized materials were investigated by means of electronic microscopy and X-ray diffraction. Electrode films, processed through classic organic solvents or following water-based approach, are studied using cyclic voltammetry, electrochemical impedance spectroscopy, and galvanostatic cycling. The liquid and polymeric electrolytes are characterized in terms of ion transport properties, electrochemical stability window, ionic conductivity, and effect on ion stripping/deposition processes.
Development of new technologies, components and systems for energy conversion and use
BARCARO, EDOARDO
2026
Abstract
La realizzazione della prima batteria agli ioni di litio a forma di sedia a dondolo negli anni Settanta ha aperto la strada all'esplorazione di molti concetti alla base di questo dispositivo, che è stato ottimizzato negli ultimi tre decenni per realizzare una tecnologia chiave, trovando applicazione in vari campi cruciali. La transizione verso l'energia pulita prevede una crescente domanda di batterie nel prossimo futuro, principalmente a causa dell'intermittenza delle fonti energetiche rinnovabili. Sono necessarie batterie innovative che sfruttino concetti che vanno oltre l'intercalazione degli ioni di litio su entrambi gli elettrodi per garantire un'equa distribuzione di energia e potenza, favorendo il basso costo e il moderato impatto ambientale di questi dispositivi. Sono stati sviluppati sistemi di accumulo di energia basati su ioni di litio, ioni di sodio, ioni di litio-zolfo e ioni di litio-O2, perseguendo contemporaneamente proprietà elettrochimiche economiche e adeguate. Sono state seguite ricette nuove e migliorate per ottenere i materiali attivi target.La sintesi prevede l'utilizzo di reattori tubolari a flusso gassoso che utilizzano Ar/H2, aria secca o semplice miscelazione dei componenti in un ambiente privo di solventi. La morfologia e la struttura dei materiali sintetizzati sono state studiate mediante microscopia elettronica e diffrazione di raggi X. I film di elettrodi, processati con solventi organici classici o seguendo un approccio a base acquosa, sono studiati utilizzando voltammetria ciclica, spettroscopia di impedenza elettrochimica e cicli galvanostatici. Gli elettroliti liquidi e polimerici sono caratterizzati in termini di proprietà di trasporto ionico, finestra di stabilità elettrochimica, conduttività ionica ed effetto sui processi di stripping/deposizione ionica.I documenti in SFERA sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
